DNAN力学性能分析

利用Materials Studio软件计算了DNAN和TNT晶体在常温(25℃)、常压下(105Pa)的弹性模量,预估了二者受力过程中塑性变形能力的差异;通过纳米压痕试验测试了DNAN和TNT的弹性模量及塑性变形能力;采用力学性能试验机测试了其抗压性能、抗拉性能、抗剪性能,并结合分子间作用力对强度差异的原因进行了分析。结果表明,DNAN的抗压强度为5.96MPa,抗拉强度为2.57MPa,抗剪强度为0.34MPa;TNT的抗压强度为15.57MPa,抗拉强度为2.35MPa,抗剪强度为1.8MPa;DNAN和TNT在受力过程中的弹性形变均为200nm,DNAN的塑性形变为450nm,TNT的塑性形变为1 200nm,DNAN相比于TNT更容易发生脆性断裂。

纳米压痕技术对比研究DNAN和TNT晶体的微观力学性能

通过溶剂挥发法制备了DNAN和TNT晶体;利用纳米压痕技术研究了DNAN和TNT晶体的微观力学性能(硬度和弹性模量);通过原位扫描探针成像技术(SPM)研究了DNAN和TNT晶体的压痕形貌随时间的变化差异。结果表明,DNAN晶体的平均硬度和弹性模量分别为7.82GPa和0.22GPa,TNT晶体的平均硬度和弹性模量分别为12.19GPa和0.48GPa,表明TNT抵抗变形的能力优于DNAN;随着压痕深度由118nm增至856nm,DNAN的硬度从0.61GPa降至0.22GPa;随着压痕深度由27nm增至481nm,TNT的硬度从2.9GPa降至0.48GPa,表明DNAN和TNT均存在尺寸效应。随着时间由0增至50.4min,DNAN的压痕深度由-270.99nm减至-44.28nm,TNT的压痕深度由-415.12nm减至-369.21nm,表明DNAN晶体比TNT晶体具有更明显的慢回弹性,DNAN具有更强的冲击能量吸收能力。

热应力下1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷对发射药中硝化棉热行为的影响

用1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)替换硝基胍发射药(样品A)中部分(质量分数6%)硝化甘油(NG),制成发射药(样品B),两种发射药分别密封后在90℃老化34d。通过低场核磁共振、纳米压痕、液相色谱、红外光谱、元素分析试验研究了DIANP对发射药中硝化棉(NC)热行为的影响。结果表明,随着老化时间的延长,样品中NC的横向弛豫时间T_2值呈现出先增大再减小的趋势,T_2值与老化时间的对数呈线性相关;样品B的T_2比样品A更快达到峰值,说明DIANP对高氮量NC的溶塑速度快于NG;T_2达到峰值后继续老化至34d,由于DIANP与NC形成大量氢键,使样品B中NC的运动受到更多限制,因此样品B的T_2下降速度稍快于样品A;样品B的微观力学性能(硬度和弹性模量)的变化规律与T_2的变化规律一致,说明T_2可以反映样品的微观力学性能。

湿热环境对RDX/AP-NEPE推进剂热安全性及力学性能的影响

用TG、5s爆发点和单向拉伸试验,研究了湿热环境对RDX/AP-NEPE推进剂热安全性和力学性能的影响。结果表明,在相对湿度70%、温度75℃下经历6d的湿热老化后,RDX/AP-NEPE推进剂在TG曲线上的3个质量损失阶段的表观活化能均略有降低,水分对AP分解活化能的影响较为明显,使其活化能降低9.3%。湿热老化前后,5s爆发点Tb分别为303.7℃和302.7℃。随着老化时间的增加,延伸率和抗拉强度都呈降低趋势,至第6d延伸率从106.0%降至36.7%,抗拉强度从0.631MPa降至0.541MPa。在75℃下干燥热老化6d后,RDX/AP-NEPE推进剂3个阶段的表观活化能、5s爆发点、抗拉强度和延伸率都没有明显的变化。初期老化过程中,水分对RDX/AP-NEPE推进剂的力学性能和AP的分解活化能影响较大,但对热感度基本没有影响。

CL-20晶型ε→γ等温相变动力学

为研究多晶型炸药CL-20的晶相转变规律,采用原位漫反射红外光谱法研究了CL-20的晶型ε→γ等温相变动力学,通过ε-CL-20红外特征峰强度的降低表征相转变程度;采用Avrami-Erofeev方程描述了温度为160、165、170和175℃下CL-20晶型的ε→γ相转变程度-时间曲线,获得等温相变的动力学参数。结果表明,以相转变程度18%为转折点,相变过程可分为两个阶段并分别符合不同的动力学机理函数;当相转变程度为1%~18%时,其相变机理符合随机成核与生长(n=0.60~0.76)的Avrami-Erofeev方程,表观活化能(Ea)和指前因子ln(A/s^(-1))分别为150.6kJ/mol和38.1;当相转变程度为18%~94%时,其相变机理符合随机成核与生长(n=1.18~1.25)的Avrami-Erofeev方程,表观活化能(Ea)和指前因子ln(A/s^(-1))分别为289.4kJ/mol和74.7。

等温量热法研究9/7单基药的热分解行为

采用微热量热仪(HFC)研究了9/7单基发射药的等温热分解动力学和样品质量对其分解的影响。实验结果表明:在热流达到峰值之前,9/7单基发射药热分解可以分成3个阶段,其机理函数均服从Mampel power法则,初期的反应机理为0级,中期为1/2级,后期为2/3级;增加样品的质量会缩短热流达到峰值的时间和反应深度,但是对初期的零级反应没有影响;初期分解的表观活化能Ea=145.5 k J/mol,指前因子ln A=29.7s-1。

某双基球扁药中DBP钝感剂的分布及扩散

采用显微红外光谱技术测试了某双基球扁药中邻苯二甲酸二丁酯(DBP)钝感剂的质量浓度分布,并采用液相色谱法验证了结果的可靠性;测定了某双基球扁药在71℃、28d的加速老化过程中,不同老化时间的DBP钝感剂质量浓度分布数据,并依据Fick第二定律的高斯解拟合分布曲线方程,推算出DBP钝感剂的扩散系数。结果表明,该双基球扁药中DBP钝感剂质量浓度由表及里呈指数规律下降,符合Fick第二定律的扩散模型,钝感层深度约60μm;通过DBP钝感剂质量浓度分布函数的三重积分获得双基球扁药中DBP钝感剂的总含量,与液相色谱测定值基本一致;DBP钝感剂的扩散系数在老化过程中不是一个恒定值:在0~3d的老化初期,DBP钝感剂的扩散速率相对较快,扩散系数为1.9×10^(-15)m^(2)/s;在3~28d的老化阶段,DBP钝感剂的扩散速率显著降低,扩散系数为5.2×10^(-16)m^(2)/s。

HATO和RDX晶体的微观力学性能研究

利用纳米压痕技术表征了HATO和RDX晶体最大生长面的硬度和弹性模量,计算了加载功、卸载功、压入功恢复率,并通过原位探针扫描成像技术研究了断裂行为。结果表明:HATO和RDX晶体的弹性模量分别为35.28GPa和22.90GPa,硬度分别为1.14GPa和0.70GPa,说明HATO相较于RDX抵抗变形的能力强;HATO的加载功比RDX小,说明HATO在受到外界载荷后的应变率更小,HATO的压入功恢复率比RDX大,表明HATO在移除外界作用力后能够更多地释放能量;在载荷为5500μN时,HATO出现了明显的裂纹,而RDX未出现裂纹,表明HATO相对于RDX更显脆性,在受到外界冲击时更易碎裂。

CuO/Al复合粒子的结构与性能研究

为提高铝粉粒子的燃烧效率,采用化学均匀沉淀法制备了CuO包覆铝粉的复合粒子,使用扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱对复合粒子的结构和化学成分进行了表征,并使用同步热分析对比了包覆前后的燃烧性能。结果表明改性后的铝粒子表面形成了一层厚度约543.8nm的非晶态CuO,其在空气中的燃烧反应程度比纯铝粉提高了32.5%。

键合剂对RDX与HTPB的界面改善作用

根据表面与界面化学的相关原理,采用DCAT21型动态接触角/表面张力仪测量了常用键合剂、RDX、HTPB在不同探针液体中的接触角,通过接触角计算键合剂、RDX、HTPB的表面自由能及其分量。并计算了键合剂-RDX、键合剂-HTPB界面之间的黏附功。通过扫描电镜观察添加不同键合剂后RDX与HTPB的黏接状态。由黏附功数据和扫描电镜的观察结果可以得出结论:键合剂LBA603对RDX-HTPB界面的改善作用最好。

四种含能晶体微观力学性能与摩擦性能的关系

利用纳米压痕技术研究了RDX、HMX、CL-20、TKX-50四种含能晶体的微观力学性能(弹性模量与硬度);采用炸药颗粒滑移力测量仪器测试了炸药晶体的摩擦系数;并通过GJB772A-97方法602.1得到其摩擦爆炸百分数,探究炸药晶体微观力学性能与颗粒摩擦性能之间的联系。结果表明:四种含能晶体的弹性模量和硬度都偏低,大小排序为TKX-50>CL-20>RDX>HMX,TKX-50具有良好的抵抗变形的能力。四种炸药晶体的摩擦系数依次排序为TKX-50<CL-20<RDX<HMX,炸药晶体的摩擦系数与其硬度和弹性模量基本成反比关系。因此在设计PBX配方时,为使其不因摩擦而起爆,应优先选择力学性能较好的炸药晶体作为主体炸药。